多學科仿真模型集成與行為同步方法及其在盾構(gòu)裝備中的應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代裝備大多是復(fù)雜的多學科耦合作用系統(tǒng),其設(shè)計和制造涉及機械、電子、液壓、土木、控制等多個領(lǐng)域,作業(yè)環(huán)境也十分復(fù)雜且多變,受到應(yīng)力場、溫度場、滲電磁場、流場等多場耦合作用。上述特點決定了復(fù)雜裝備設(shè)計研發(fā)需要漫長的周期和巨大的費用,采用虛擬樣機仿真技術(shù)可以減少物理樣機制作次數(shù),大大縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)成本。同時,多場耦合的影響導(dǎo)致對單一學科的仿真驗證無法準確地反映真實的系統(tǒng)作用機理,設(shè)計中往往需要對裝備各子系統(tǒng)涉及的多個學科仿真進行集成

2、。
　　 本文主要研究了復(fù)雜裝備多學科仿真集成中的模型集成、非匹配網(wǎng)格參數(shù)傳遞和仿真行為的驅(qū)動與同步等問題,并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了復(fù)雜裝備多學科仿真集成平臺中的模型集成和行為同步模塊,研究成果在盾構(gòu)裝備的仿真集成中得到應(yīng)用。
　　 全文組織結(jié)構(gòu)如下:
　　 第一章主要介紹了復(fù)雜裝備多學科仿真集成中的若干關(guān)鍵技術(shù),介紹了這些技術(shù)的研究歷史及應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀,討論了目前存在的問題,給出了本課題的研究意義與研究內(nèi)容。
　

3、　 第二章研究了基于層信息關(guān)聯(lián)的復(fù)雜裝備多學科仿真模型集成方法。針對目前的模型描述方法只適用于單一應(yīng)用的現(xiàn)狀,提出了分層信息關(guān)聯(lián)的仿真模型描述方法,并以動力學模型和有限元模型為例,給出了層間信息關(guān)聯(lián)的流程,實現(xiàn)模型的統(tǒng)一構(gòu)建和邊界條件的一致,針對盾構(gòu)裝備提出了各學科仿真之間的參數(shù)傳遞路徑,基于此開發(fā)了復(fù)雜裝備多學科仿真模型集成管理系統(tǒng),以全斷面大型掘進裝備為例構(gòu)建和集成了相關(guān)子系統(tǒng)的仿真模型。
　　 第三章研究了基于緊支徑向基

4、函數(shù)的非匹配網(wǎng)格載荷傳遞方法。非匹配網(wǎng)格的載荷傳遞是進行多場耦合分析的關(guān)鍵,借鑒了界面單元法的界面單元構(gòu)造思想,并在其基礎(chǔ)上引入緊支徑向基函數(shù)插值法,同時針對有限元法的特點對插值距離進行了基于拓撲的改進,提出了新的載荷傳遞方法,并將算法應(yīng)用到盾構(gòu)刀盤和土體相互作用過程的分析中,對不同地質(zhì)中刀盤的應(yīng)力分布以及土體被切削的過程進行了仿真,對算法進行了驗證。
　　 第四章研究了基于參數(shù)驅(qū)動的復(fù)雜裝備多學科仿真行為同步方法.首先根據(jù)仿真

5、特點對裝備的仿真行為進行了分類并分別闡述了各類行為的定義方法,然后重點介紹了參數(shù)引擎,提出了基于參數(shù)的仿真行為驅(qū)動和通過插值的異構(gòu)仿真不長同步方法,最后通過盾構(gòu)裝備掘進過程中土體變形仿真的實例驗證了該仿真行為同步方法的有效性。
　　 第五章介紹了復(fù)雜裝備仿真集成平臺的平臺界面和核心功能模塊,展示了平臺模型集成模塊的CAD、CAE數(shù)據(jù)導(dǎo)入和轉(zhuǎn)換,特征元素編輯等功能,以及行為同步模塊的行為編輯、驅(qū)動和同步等功能,并給出了在盾構(gòu)掘進過